CN102134334A

CN102134334A - 磁性壳聚糖微球的制备方法

Info

Publication number: CN102134334A
Application number: CN 201010610928
Authority: CN
Inventors: 熊晓鹏; 邹伟伟
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2030-12-29
Also published as: CN102134334B

Abstract

磁性壳聚糖微球的制备方法。涉及一种壳聚糖微球，提供一种具有超顺磁性的磁性壳聚糖微球及其制备方法。所述磁性壳聚糖微球的组成及含量按质量百分比为：壳聚糖为30％～99％，Fe₃O₄为1％～70％。制备方法包括：将壳聚糖、含Fe³⁺的化合物和含Fe²⁺的化合物加入酸溶液中即得溶液A；将溶液A加入碱性水溶液中得溶液B，将溶液B中凝固析出的沉淀物取出即得磁性壳聚糖微球。与现有磁性壳聚糖微球的制备方法比，所述磁性壳聚糖微球的制备方法简单易行、工艺简便、成本较低。所得磁性壳聚糖微球，大小可控，Fe₃O₄含量可控，磁性可控。

Description

磁性壳聚糖微球的制备方法

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖微球，尤其涉及一种磁性壳聚糖微球及其制备方法。

背景技术

壳聚糖(Chitosan，简称CS)是天然多糖甲壳素的脱乙酰基产物。自然界每年生物合成的甲壳素有数十亿吨之多，是一种仅次于纤维素的第二大类可再生资源。壳聚糖是唯一的碱性天然多糖，具有易成膜、无毒无害、耐腐蚀、易生物降解、良好的生物相容性、抗菌性、二次污染小等优点，是性能最为优异的天然高分子之一。在石油资源逐渐枯竭的今天，利用价廉的壳聚糖为原料生产功能材料等高附加值产品，不仅具有经济效益，而且有利于开发利用丰富的再生资源。

壳聚糖分子链中含有反应性基团氨基与羟基，在酸性溶液中会形成阳离子聚电解质，显示出良好的絮凝性能。同时，壳聚糖还具有良好的络合作用，它能络合水中的过渡金属离子、腐殖酸类物质及表面活性剂等物质，并能吸附脱除水溶性有机污染物。但是，壳聚糖对污染物经吸附脱除后，很难有效快速地从体系中分离。寻找一种简便快捷的分离方法，无疑对推进壳聚糖在水处理中的深入应用极具意义。近年来，磁分离技术已被应用到水处理行业中，它是借助磁场力的作用，对不同磁性的物质进行分离的一种技术。由于磁性物质在磁场中所受到的磁力比重力要大很多倍，因此具有处理量大、液固分离效率高且占地面积小等优点。但是绝大多数的化合物包括壳聚糖并没有磁性，如果要想通过磁分离技术进行处理，必须使得其具有磁性。而通常采用的方法是通过将这类不具有磁性的化合物与磁性物质(如Fe，Fe₃O₄等)有机结合，形成以磁性物质为核，非磁性材料为壳的核壳微球结构，从而实现对材料的磁性化，进而可采用磁分离技术达到快速分离的目的。此外，磁性材料也广泛应用于生物医药等领域。例如，磁性纳米粒子，由于其小尺寸，能够有效的进入细胞等生物体内部；比表面积大，因此可以更有效的与生物分子相结合；强磁性，便于分离和纯化；超顺磁性可以实现对外磁场的良好响应性，并且无矫顽力和剩磁，使得纳米粒子不会因为剩磁的吸引而发生团聚。因此，磁性粒子可用于细胞、生物大分子的分离与纯化、酶的固定化、药物靶向和核磁成像等方面。因此，制备磁性壳聚糖微球将这些领域具有广阔的应用前景。例如，Wu等(1、Wu Y，Guo J，Yang W，et al.Preparation and characterization of chitosan-poly(acrylic acid)polymer magnetic microspheres[J].Polymer，2006，47(15)：5287-5294.)先将壳聚糖包覆在磁性Fe₃O₄粒子上，而后以磁性壳聚糖为核与聚丙烯酸聚合，得到了一种聚合磁性微球，该微球可作为缓释药物的载体。Zhang等(2、Zhang Y，Tan W B，Huang N，et al.Ultrafine biocompatiblechitosan nanoparticles encapsulating multi-coloured quantum dots for bioapplications[J].Journal ofColloid and Interface Science，2007，310(2)：464-470.)制备了具有荧光编码的磁性壳聚糖纳米粒子，在复合纳米粒子表面接枝HER2/neu净默基因以用于基因转染，结果表明磁性壳聚糖复合纳米粒子具有较高的转染效率，对转染目标有一定的识别性并且对细胞毒性较低，通过荧光共聚焦显微镜可以观察到，具有靶向识别的荧光纳米粒子聚集在目标细胞表面并进入细胞内部。

目前，壳聚糖磁性微球的制备方法主要可分为两大类：反相悬浮交联法和沉淀生成法(3、杨琥，袁博，卢耀柏等.壳聚糖磁性微球的制备及在水处理中的应用[J].中国科学B辑：化学，2008，38(9)：755-761.)。例如，

等(4、E B，

E，Birlikseven C，et al.Magneticchitosan microspheres：preparation and characterization[J].Reactive and Functional Polymers，2002，50(3)：225-232.)采用反相悬浮交联法，首先将壳聚糖溶解在酸性水溶液中，再将1～5μm的磁性颗粒Fe₃O₄分散在壳聚糖溶液里，加入一定量的石蜡等油相溶剂和乳化剂吐温80后搅拌形成油包水的反相体系，再加入交联剂进行壳聚糖的交联反应，经清洗后制备了以Fe₃O₄为磁性内核的壳聚糖磁性微球；An等(5、An X N，Su Z X.Characterization and application of highmagnetic property chitosan particles[J].Journal of Applied Polymer Science，2001，81(5)：1175-1181.)通过沉淀生成法，首先将磁性颗粒分散在沉淀剂碱液中，利用壳聚糖溶液滴入碱液沉淀成球过程，包裹分散在碱液里的磁性颗粒，最后再通过交联固定，从而得到磁性良好的壳聚糖微球。但目前这些磁性壳聚糖微球的制备方法主要存在成本较高、工艺条件不稳定、难以放大等难点。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种具有超顺磁性的磁性壳聚糖微球。

本发明的第二目的在于提供磁性壳聚糖微球的制备方法。

所述磁性壳聚糖微球的组成及含量按质量百分比为：壳聚糖为30％～99％，Fe₃O₄为1％～70％。

所述磁性壳聚糖微球的粒径可为0.5～2500μm。

所述磁性壳聚糖微球的制备方法包括以下步骤：

1)将壳聚糖、含Fe³⁺的化合物和含Fe²⁺的化合物加入酸溶液中即得溶液A；

2)将步骤1)所得的溶液A加入碱性水溶液中得溶液B，将溶液B中凝固析出的沉淀物取出即得磁性壳聚糖微球。

在步骤1)中，所述含Fe³⁺的化合物可为FeCl₃、Fe(NO₃)₃、NH₄Fe(SO₄)₂、Fe₂(SO₄)₃等中的至少一种；所述含Fe²⁺的化合物可为FeCl₂、Fe(NO₃)₂、(NH₄)₂Fe(SO₄)₂、FeSO₄等中的至少一种；所述酸可为醋酸、甲酸、稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、柠檬酸等中的至少一种，所述酸溶液中酸的质量百分比浓度可为0.1％～15％；所述溶液A中壳聚糖的质量百分比浓度可为0.1％～10％；所述壳聚糖和铁元素的质量比可为100∶(1～10000)；所述溶液A中Fe³⁺与Fe²⁺的摩尔比可为5∶(1～10)。

在步骤2)中，所述碱性水溶液的pH值最好＞9，所述碱性水溶液可为氨水、NaOH溶液、LiOH溶液、KOH溶液、Ca(OH)₂溶液等中的一种；所述溶液A加入碱性水溶液中可采用滴加的方式；所述滴加可用注射针头滴加或喷雾法滴加；所述溶液A加入碱性水溶液后可进行搅拌，所述搅拌的时间可为10s～1h，搅拌的速率可为5～1000rpm；所述磁性壳聚糖微球可在500～1600℃烧结2～120min即得空心的磁性壳聚糖微球。

与现有的磁性壳聚糖微球的制备方法相比，本发明所述磁性壳聚糖微球的制备方法简单易行、工艺简便、成本较低。不仅减少了反相悬浮交联法的复杂步骤，而且克服了一般沉淀生成法工艺条件不稳定、难以放大的难题。同时，采用不同规格的针头滴加，可实现磁性壳聚糖微球大小的调控，通过喷雾法可大规模工业化制备粒径可控的磁性壳聚糖微球。所得磁性壳聚糖微球，大小可控，Fe₃O₄含量可控，磁性可控。

本发明所制备的磁性壳聚糖微球的磁性成分Fe₃O₄分布在微球表层，具有超顺磁性，同时还具有壳聚糖所有的功能基团，如氨基和羟基，显示出良好的对污水中无机金属离子和印染污水中有机分子的吸附、絮凝作用。所述磁性壳聚糖微球还可用作乳糖酶、酵母醇脱氢酶的固定化载体；还可应用所述磁性壳聚糖微球包载药物后，在外磁场引导下通过静脉、动脉导管和口服给药或直接注射等途径选择性地到达并定位于肿瘤靶区释放。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的磁性壳聚糖微球的扫描电镜图。在图1中，标尺为100μm。

图2为本发明实施例2制备的磁性壳聚糖微球的扫描电镜图。在图2中，标尺为100μm。

图3为本发明实施例3制备的磁性壳聚糖微球的扫描电镜图。在图3中，标尺为100μm。

图4为本发明实施例4制备的磁性壳聚糖微球的扫描电镜图。在图4中，标尺为100μm。

图5为本发明实施例5制备的磁性壳聚糖微球的扫描电镜图。在图5中，标尺为100μm。

图6为本发明实施例1～3制备的磁性壳聚糖微球的磁滞曲线图。在图6中，横坐标为磁场强度(Oe)，纵坐标为磁化强度(emu/g)；曲线1为磁性壳聚糖微球M1，曲线2为磁性壳聚糖微球M2，曲线3为磁性壳聚糖微球M3。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。

实施例1

准确称取壳聚糖10g，加入2％的醋酸溶液至100g，搅拌下溶解。离心保存。取六水合三氯化铁27g，四水合氯化亚铁9.9g溶于100ml水中配成溶液。将配好的壳聚糖溶液与铁离子溶液按照质量比1∶1混合均匀。用1ml的注射器吸取混合液滴加在浓度为20％的氨水溶液中，搅拌，形成的磁性壳聚糖微球在碱液中浸渍1h，取出后在蒸馏水中洗涤3次，每次1h，冷冻干燥后在显微镜下观察(参见图1)。

实施例2

准确称取壳聚糖10g，加入2％的醋酸溶液至100g，搅拌下溶解。离心保存。取硝酸铁24.2g，硝酸亚铁9.0g溶于400ml水中配成溶液。将配好的壳聚糖溶液与铁离子溶液按照质量比1∶1混合均匀。用1ml的注射器吸取混合液滴加在浓度为25％的氢氧化钠溶液中，搅拌，形成的磁性壳聚糖微球在碱液中浸渍1h，取出后在蒸馏水中洗涤3次，每次1h，冷冻干燥后在显微镜下观察(参见图2)。

实施例3

准确称取壳聚糖10g，加入2％的醋酸溶液至100g，搅拌下溶解。离心保存。取硫酸铁3.44g，硫酸亚铁0.76g溶于100ml水中配成溶液。将配好的壳聚糖溶液与铁离子溶液按照质量比1∶1混合均匀。用1ml的注射器吸取混合液滴加在浓度为10％的氢氧化锂溶液中，搅拌，形成的磁性壳聚糖微球在碱液中浸渍1h，取出后在蒸馏水中洗涤3次，每次1h，冷冻干燥后在显微镜下观察(参见图3)。

实施例4

准确称取壳聚糖10g，加入2％的醋酸溶液至100g，搅拌下溶解。离心保存。取硫酸铁铵26.6g，硫酸亚铁铵14.2g溶于100ml水中配成溶液。将配好的壳聚糖溶液与铁离子溶液按照质量比1∶1混合均匀。用1ml的注射器吸取混合液滴加在浓度为15％的氢氧化钾溶液中，搅拌，形成的磁性壳聚糖微球在碱液中浸渍1h，取出后在蒸馏水中洗涤3次，每次1h，干燥后取2g磁性壳聚糖微球，放入氧化铝坩埚中，在马弗炉升温至1200℃。冷却后在电镜下观察(参见图4)。

实施例5

准确称取壳聚糖10g，加入2％的醋酸溶液至100g，搅拌下溶解。离心保存。取六水合三氯化铁27g，四水合氯化亚铁9.9g溶于100ml水中配成溶液。将配好的壳聚糖溶液与铁离子溶液按照质量比1∶1混合均匀。用100ml的喷雾吸取器吸取混合液由发动机曲轴驱动风机轴以5000转/分的速度转动向浓度为15％的氨水溶液中喷雾，剪切成细小的雾滴直径在100-150μm，搅拌，形成的磁性壳聚糖微球在碱液中浸渍1h，取出后在蒸馏水中洗涤3次，每次1h，冷冻干燥后在显微镜下观察(参见图5)。

实施例6

准确称取壳聚糖10g，加入2％的醋酸溶液至100g，搅拌下溶解。取六水合三氯化铁27g，四水合氯化亚铁9.9g溶于100ml水中配成浓度1mol/L的溶液。将配好的壳聚糖溶液与铁离子溶液按照质量比1∶1混合均匀。用1ml的注射器吸取混合液滴加在浓度为20％的氨水溶液中，搅拌，洗涤，干燥得磁性壳聚糖微球M1。以同样方法配制浓度为0.25mol/L、0.1mol/L的铁离子溶液，壳聚糖溶液与铁离子溶液质量比均为1∶1，制备所得微球标记为磁性壳聚糖微球M2、磁性壳聚糖微球M3。将磁性壳聚糖微球M1、M2、M3放入振动样品磁强计中，外加磁场强度为-20000Oe～20000Oe，测其磁化强度，制作磁滞回线。最高磁化强度为44.28emu/g，说明该微球磁性良好且具有超顺磁性(参见图6)。

Claims

1.磁性壳聚糖微球，其特征在于其组成及含量按质量百分比为：壳聚糖为30％～99％，Fe₃O₄为1％～70％。

2.如权利要求1所述的磁性壳聚糖微球，其特征在于，所述一种磁性壳聚糖微球的粒径为0.5～2500μm。

3.如权利要求1所述的磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述含Fe³⁺的化合物为FeCl₃、Fe(NO₃)₃、NH₄Fe(SO₄)₂、Fe₂(SO₄)₃中的至少一种；所述含Fe²⁺的化合物为FeCl₂、Fe(NO₃)₂、(NH₄)₂Fe(SO₄)₂、FeSO₄中的至少一种。

5.如权利要求3所述的磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述酸为醋酸、甲酸、稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、柠檬酸中的至少一种，所述酸溶液中酸的质量百分比浓度为0.1％～15％。

6.如权利要求3所述的磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述溶液A中壳聚糖的质量百分比浓度为0.1％～10％；所述壳聚糖和铁元素的质量比为100∶(1～10000)；所述溶液A中Fe³⁺与Fe²⁺的摩尔比为5∶(1～10)。

7.如权利要求3所述的磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述碱性水溶液的pH值＞9；所述碱性水溶液为氨水、NaOH溶液、LiOH溶液、KOH溶液、Ca(OH)₂溶液中的一种。

8.如权利要求3所述的磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述溶液A加入碱性水溶液中采用滴加的方式，所述滴加用注射针头滴加或喷雾法滴加。

9.如权利要求3所述的磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述溶液A加入碱性水溶液后进行搅拌，所述搅拌的时间为10s～1h，搅拌的速率为5～1000rpm。

10.如权利要求3所述的磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述磁性壳聚糖微球在500～1600℃烧结2～120min即得空心的磁性壳聚糖微球。